KR20220140573A - 적층 제조에 의한 보트 몰드를 제조하기 위한 방법 및 시스템 - Google Patents
적층 제조에 의한 보트 몰드를 제조하기 위한 방법 및 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
적층 제조 방법은 적층 제조 장치의 압출기(61)에 재료를 제공하는 단계, 유동성 재료를 형성하기 위해 재료를 가열하는 단계, 해양 물품을 위한 플러그의 선체 부분(81)의 일부를 형성하기 위해 적층 제조 장치의 노즐(51)로부터 유동성 재료의 제1 층을 침착하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 해양 물품을 위한 플러그의 갑판 부분(82)의 일부를 형성하기 위해 적층 제조 장치의 노즐(51)로부터 유동성 재료의 제2 층을 침착하는 단계를 포함한다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 특허 출원은 그 전체가 참조에 의해 본 명세서에 통합되는 2020년 2월 20일자 출원된 미국 특허 출원 제16/796,366호에 대한 우선권의 이익을 주장한다.
본 개시내용의 양태는 구성요소를 제조하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 일부 예에서, 본 개시내용의 양태는 3D 인쇄 제조 기술 또는 공정으로서 지칭될 수 있는 적층 제조 기술 또는 공정을 통해 구성요소(예를 들어, 해양 물품 또는 구성요소, 자동차 부품, 의료 디바이스, 기계 구성요소, 소비재 등)를 제조하기 위한 장치 및 방법에 관한 것다.
적층 제조 기술 및 공정은 일반적으로 감산 제조 방법과 대조적으로 네트 또는 근사 정형(near net shape, NNS) 물체를 만들기 위해 하나 이상의 재료의 축적을 포함한다. "적층 제조"가 산업 표준 용어(ASTM F2792)일지라도, 적층 제조는 예를 들어 자유형 제작, 3D 인쇄, 신속 프로토타이핑/툴링 등을 포함하는 다양한 명칭 하에서 공지된 다양한 제조 및 프로토타이핑 기술을 포함한다. 적층 제조 기술은 단순하거나 복잡한 구성요소를 다양한 재료로 제조하는데 사용된다. 예를 들어, 독립형 물체는 컴퓨터 이용 설계(CAD) 모델로부터 제작될 수 있다.
특정 유형의 적층 제조는 일반적으로 3D 인쇄로서 공지되어 있다. 일반적으로 융합 적층 모델링(FDM)으로서 지칭되는 이러한 공정 중 하나는 얇은 층의 열가소성 재료를 용융시키는 단계, 및 최종 부품을 생산하기 위해 이러한 재료를 층들로 도포하는 단계를 포함한다. 이것은 일반적으로 재료를 용융시켜 인쇄되는 재료에 이를 적용하는 가열된 노즐을 통해 열가소성 재료의 연속 미세 필라멘트를 통과시키는 것에 의해 달성된다. 가열된 재료는 기존의 구조에 얇은 층으로 도포되고 용융되어 기존 재료와 융합하여 고체 완제품을 생산할 수 있다.
상기 공정에서 사용되는 필라멘트는 일반적으로 가열된 강제 배럴 내부에서 회전하는 특수 설계된 강제 스크류로 구성된 플라스틱 압출기를 사용하여 생산된다. 작은 펠릿의 형태를 하는 열가소성 재료는 회전 스크류의 한쪽 단부 내로 도입될 수 있다. 배럴로부터의 열과 조합된 회전 스크류로부터의 마찰은 플라스틱을 연화시키고, 연화된 플라스틱은 그런 다음 압출기 배럴의 전면에 부착된 다이의 작은 원형 개구를 통해 압력 하에서 강제된다. 이것은 재료의 스트링을 압출하고, 스트링은 3D 프린터에서 사용하기 위해 냉각되고 코일링된다.
물품을 3D 인쇄하기 위해 재료의 얇은 필라멘트를 용융시키는 것은 느린 공정일 수 있으며, 이는 상대적으로 작은 물품 또는 제한된 수의 물품을 생산하는 데 적합할 수 있다. 3D 인쇄에 대한 용융 필라멘트 접근 방식은 너무 느려 대형 물품을 제조할 수 없다. 그러나, 용융된 열가소성 재료를 사용하는 3D 인쇄의 기본 공정은 대형 부품 또는 더 많은 수의 물품의 제조에 이점을 제공할 수 있다.
일부 경우에, 부품을 3D 인쇄하는 것은 2-단계 공정을 포함할 수 있다. 일부 양태에서, 3D 인쇄는 정확한 최종 크기 및 형상을 달성하기 위해 대형 프린트 비드를 이용할 수 있다. 일반적으로 근사 정형으로서 지칭되는 이러한 2-단계 공정은 필요한 것보다 약간 큰 크기로 부품을 인쇄하고, 그런 다음 최종 크기 및 형상으로 부품을 가공, 밀링 또는 라우팅하는 것에 의해 시작할 수 있다. 부품을 최종 크기로 트리밍
하는데 필요한 추가 시간은 더 빠른 인쇄 공정에 의해 보상될 수 있다.
비교적 큰 비드로 열가소성 재료를 인쇄하는데 사용되는 적층 제조 기계의 인쇄 헤드는 일반적으로 수직으로 장착된 압출기 및 원형 프린트 비드를 표면 및/또는 인쇄되는 부품 상으로 아래로 향하게 하는 프린트 노즐을 포함한다. 일부 경우에, 용융된 열가소성 재료와 같은 유동성 재료는 재료의 강도를 증가시키기 위해 강화 재료(예를 들어, 섬유의 가닥들)가 주입될 수 있다. 뜨겁지만 유연한 유동성 재료는 기판(예를 들어, 몰드) 위에 침착되고, 그런 다음, 일정한 두께로 가압되거나, 그렇지 않으면 평탄화 및/또는 평평해질 수 있다. 이들 전통적인 프린트 헤드는 노즐을 둘러싸는 진동판을 포함할 수 있으며, 판은 재료의 이전의 층에 대해 재료의 비드를 평평하게 하기 위해 수직으로 진동하도록 구성된다. 침착 공정은 구성요소 또는 부품을 위해 원하는 구조를 구축 및 제조하기 위해 유동성 재료의 각각의 연속적인 층이 기존의 층 상에 침착되도록 반복될 수 있다. 인쇄된 층들 사이의 적절한 접착을 달성하기 위해, 이전에 침착된 층의 온도가 특정 범위 내에 있는 것을 보장하는 것이 필요할 수 있다. 예를 들어, 이전에 침착된 층은 적절한 정도로 냉각되어, 새로운 층을 지지하기에 충분히 응고되어야만 할 수 있다. 그러나, 이러한 이전에 침착된 층은 연화되어 새로운 층과 융합될 만큼 충분히 가온될 수 있으며, 그러므로 제조 공정의 종료시에 중실형(solid) 부품을 생산할 수 있다.
적층 제조로부터 이익을 얻을 수 있는 하나의 산업은 보트 제조이다. 최근 몇 년 동안, 보트는 몰드를 사용하여 생산된 구성요소들로 제작되었다. 이러한 몰드에는 유리 섬유와 같은 강화 플라스틱 재료가 주입될 수 있다. 이러한 몰드로 형성된 개별 구성요소는 함께 접합되어 완성된 보트를 형성할 수 있다. 이들 보트는 일반적으로 선체와 갑판의 2개의 주요 구성요소로 만들어진다. 선체는 물에 뜨는 보트의 외부를 포함하거나 형성할 수 있는 반면, 갑판은 보트의 내부를 포함하거나 형성할 수 있다. 전형적인 유람선에서, 갑판의 형상은 일반적으로 선체의 내부 표면 형상과 대응하고 선체의 내부 표면의 형상을 따라, 승객이 서 있을 수 있는 영역을 생성한다. 좌석 또는 기타 특징부가 갑판에 몰딩될 수 있다. 그러므로, 보트는 별도의 선체와 갑판 구성요소들을 함께 단단히 연결하는 것에 의해 구성된다.
유리 섬유 보트는 전통적으로 촉매화된 유리 섬유 재료를 몰드의 내부에 도포하는 것에 의해 제조된다. 몰드는 부품의 외부의 원하는 형상과 일치하는 표면을 가질 수 있다. 이러한 재료는 그런 다음 경화되고, 결과적인 부품, 예를 들어, 보트 선체는 몰드로부터 제거된다.
유리 섬유 보트와 같은 보트가 이러한 방식으로 생산될 수 있기 전에, 선체 및 갑판을 위한 몰드가 일반적으로 제작된다. 이것은 일반적으로 최종 구성요소에서 원하는 크기와 형상을 가지는 "플러그"로서 지칭될 수 있는 패턴을 만드는 것에 의해 달성된다. 그런 다음, 유리 섬유는 플러그에 도포될 수 있다. 이러한 유리 섬유가 경화되어 플러그로부터 제거되면, 결과적인 유리 섬유 부품은 그 구성요소의 몰드를 형성한다.
전형적으로, 이들 플러그는 숙련된 당업자의 수행을 요구하는 비교적 시간 소모적이고 고가의 공정에서 목재, 발포체 및 기타 재료를 사용하여 구축된다. 이러한 종래의 공정은 완료하는데 몇 달 또는 몇 년이 필요할 수 있다. 또한, 이러한 방식으로 생산된 보트에 대해, 2개의 개별 플러그가 필요하다. 하나는 선체용이고 다른 하나는 갑판용이다. 추가적으로, 종래의 건설 공정은 내구성이 부족한 보트 플러그를 초래할 수 있다. 이러한 플러그에서, 몰드를 만드는 공정에 의해 유발되는 마모 및 찢어짐은 플러그가 더 이상 사용할 수 없을 정도로 플러그가 악화되기 전에 각각의 플러그로부터 당겨질 수 있는 몰드의 수를 제한할 수 있다. 이 공정은 선체와 갑판 모두를 위한 단일 플러그를 생산하는 대규모 3D 인쇄 공정에 의해 개선될 수 있다.
본 개시내용의 양태는 특히 적층 제조 또는 3D 인쇄 기술을 통해 구성요소를 제조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 명세서에 개시된 양태들의 각각은 다른 개시된 양태들 중 임의의 것과 관련하여 설명된 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 본 개시내용의 목적은 숙련된 장인에 의해서가 아닌 기계에 의해 더 빠르고 저렴하게 수행될 수 있는 방식으로 보트 플러그를 제조하기 위해 대규모 3D 인쇄 공정을 사용하는 접근 방식이다. 추가적으로, 이 접근 방식은 종래의 공정에 의해 형성된 플러그보다 더 내구성이 있는 플러그를 제조할 수 있다.
이러한 접근법은 선체 및 갑판을 인쇄하기 위해 3D 인쇄 공정와 같은 적층 제조 공정을 사용할 수 있다. 선체와 갑판은 일반적으로 최종 보트에 일치하는 형상을 가지는 단일 부품으로서 제조될 수 있다. 이러한 인쇄된 구조는 그런 다음 CNC 기계를 사용하여 원하는 최종 크기와 형상으로 가공되고, 이어서 플로어 위에 부품을 매다는 회전 지지부에 장착될 수 있으며, 선체 또는 갑판이 필요에 따라서 위쪽을 향하도록 부품이 회전되는 것을 가능하게 한다.
선체가 위쪽을 향하고 있을 때, 유리 섬유는 도포될 수 있고, 선체를 위한 몰드는 인쇄된 플러그로 제조될 수 있다. 갑판이 위쪽을 향하도록 플러그가 회전될 때, 유리 섬유는 도포되고 갑판을 위한 몰드가 제조될 수 있다. 이러한 방식으로, 단일 플러그는 선체와 갑판을 모두 제조하도록 사용될 수 있다.
양면 플러그를 인쇄하는데 사용되는 재료가 보트 플러그를 만드는데 전형적으로 사용되는 종래의 재료보다 충분히 더 내구성이 있을 수 있기 때문에, 양면 플러그를 위한 재료는 열화 없이 상당히 더 많은 몰드를 생산하는데 사용될 수 있다. 3D 인쇄 공정 및 후속 가공은 전통적인 접근 방식보다 상당히 더 빨라, 플러그를 만드는데 요구되는 시간을 줄일 수 있다.
초기 인쇄 공정의 일부로서, 쉽게 인쇄될 수 없는 갑판에서의 특징을 설계하는 것이 또한 가능할 수 있다. 대안적으로, 원하는 경우, 이러한 특징은 대신 별도의 물품으로서 인쇄되고, 그런 다음 원하는 특징을 가진 갑판 플러그를 제조하기 위해 인쇄된 갑판에 부착되거나 접착될 수 있다.
한 양태에서, 적층 제조 방법은 적층 제조 장치의 압출기에 재료를 제공하는 단계, 유동성 재료를 형성하도록 재료를 가열하는 단계, 및 해양 물품을 위한 플러그의 선체 부분의 일부를 형성하기 위해 적층 제조 장치의 노즐로부터 유동성 재료의 제1 층을 침착하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 또한 해양 물품을 위한 플러그의 갑판 부분의 일부를 형성하기 위해 적층 제조 장치의 노즐로부터 유동성 재료의 제2 층을 침착하는 단계를 포함할 수 있다.
다른 양태에서, 해양 물품을 위한 몰드를 제조하기 위한 시스템은 열가소성 재료로 형성된 플러그를 포함할 수 있고, 플러그는 제1 방향을 향하는 선체 표면을 가지는 선체 부분 및 선체 부분과 일체로 형성된 갑판 부분을 포함하며, 갑판 부분은 제2 방향과 반대인 제1 방향을 향하는 갑판 표면을 가지며, 선체 부분 및 갑판 부분은 각각 열가소성 재료로 형성된다. 시스템은 또한 플러그를 회전 가능하게 매달도록 구성된 지지부를 포함할 수 있다.
또 다른 양태에서, 몰드를 제조하는 방법은 재료를 적층 제조 장치의 압출기에 제공하는 단계, 및 유동성 재료를 형성하기 위해 재료를 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 방법은 또한 선체 부분 및 갑판 부분을 포함하는 플러그를 형성하기 위해 노즐로부터 유동성 재료를 침착하는 단계, 플러그의 선체 부분 및 갑판 부분 중 적어도 하나에 플라스틱 재료를 도포하는 단계, 및 플라스틱 재료가 경화되는 것을 허용하는 것에 의해 몰드를 형성하고 경화된 플라스틱 재료를 플러그로부터 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
본 명세서에 통합되고 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면은 본 개시내용의 예시적인 측면을 예시하고 설명과 함께 본 개시내용의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1은 본 개시내용의 양태에 따른, 물품을 형성하기 위한 적층 제조 공정에 따라 작동 가능한 예시적인 적층 제조 장치의 사시도이며;
도 2는 도 1에 도시된 예시적인 적층 제조 장치의 예시적인 캐리어 및 압출기 조립체의 사시도이며;
도 3은 도 1에 도시된 예시적인 적층 제조 장치의 예시적인 캐리어 및 도포기 조립체의 확대된 사시도이며;
도 4는 도 3에 도시된 예시적인 도포기 헤드 조립체의 확대 단면도이며;
도 5는 선체 및 갑판 부분을 가지는 플러그의 사시도이며;
도 6a는 선체가 위쪽을 향하는 도 5의 플러그의 평면도이며;
도 6b는 선체가 위쪽을 향하는 도 5의 플러그의 측면도이며;
도 7a는 갑판이 위쪽을 향하는 도 5의 플러그의 평면도이며;
도 7b는 갑판이 위쪽을 향하는 도 5의 플러그의 측면도이며;
도 8은 별도의 콘솔을 구비한 플러그의 사시도이다.
도 1은 본 개시내용의 양태에 따른, 물품을 형성하기 위한 적층 제조 공정에 따라 작동 가능한 예시적인 적층 제조 장치의 사시도이며;
도 2는 도 1에 도시된 예시적인 적층 제조 장치의 예시적인 캐리어 및 압출기 조립체의 사시도이며;
도 3은 도 1에 도시된 예시적인 적층 제조 장치의 예시적인 캐리어 및 도포기 조립체의 확대된 사시도이며;
도 4는 도 3에 도시된 예시적인 도포기 헤드 조립체의 확대 단면도이며;
도 5는 선체 및 갑판 부분을 가지는 플러그의 사시도이며;
도 6a는 선체가 위쪽을 향하는 도 5의 플러그의 평면도이며;
도 6b는 선체가 위쪽을 향하는 도 5의 플러그의 측면도이며;
도 7a는 갑판이 위쪽을 향하는 도 5의 플러그의 평면도이며;
도 7b는 갑판이 위쪽을 향하는 도 5의 플러그의 측면도이며;
도 8은 별도의 콘솔을 구비한 플러그의 사시도이다.
본 개시내용은 무엇보다도 적층 제조 또는 3D 인쇄 기술을 통해 다수의 구성요소를 제조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 구체적으로, 본 명세서에 설명된 방법 및 장치는 더 빠르고 더 저렴하고, 더 내구성 있는 플러그를 생산하기 위해 기계를 이용하는 방식으로 보트 플러그를 만들기 위한 대규모 3D 인쇄 공정을 사용하는 접근 방식을 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, CNC 기계(1)와 같은 적층 제조 장치는 가로로 이격된 한 쌍의 측벽(21, 22), 인쇄 갠트리(23) 및 트리밍 갠트리(36), 인쇄 갠트리(23) 상에 장착된 캐리지(24), 캐리지(24)에 장착된 캐리어(25), 압출기(61), 및 캐리어(25)에 장착된 도포기 조립체(43)를 가지는 베드 프레임워크(bed framework)를 포함할 수 있다. 인쇄 갠트리(23)와 트리밍 갠트리(36)는 벽(21, 22)들에 지지될 수 있다. x-y 평면에 배치된 지지 표면을 가지는 수평 작업대(27)는 벽(21, 22)들 사이에서 베드 프레임워크에 지지될 수 있다. 인쇄 갠트리(23) 및 트리밍 갠트리(36)는 y-축을 따라서 연장되도록 배치되고, 양쪽 단부가 단부 벽(21, 22)들에 지지된다. 인쇄 갠트리(23) 및 트리밍 갠트리(36)는 측벽(21, 22)들의 상단부에 제공된 공유된 대략 평행한 가이드 레일(28, 29)들의 세트 상에서 x-축에 대해 이동할 수 있다. 인쇄 갠트리(23) 및 트리밍 갠트리(36)는 각각 인쇄 갠트리(23) 및 트리밍 갠트리(36)에 장착된 하나 이상의(예를 들어, 한 세트의) 서보 모터에 의해 변위될 수 있다. 예를 들어, 인쇄 갠트리(23) 및 트리밍 갠트리(36)는 측벽(21, 22)들에 제공된 트랙들에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 캐리지(24)는 인쇄 갠트리(23)에 지지될 수 있고, 인쇄 갠트리(23) 상에 제공된 하나 이상의 가이드 레일(31, 32. 및 33)에 장착되어 이를 따라서 변위 가능한 지지 부재(30)를 구비할 수 있다. 캐리지(24)는, 인쇄 갠트리(23)에 장착되고 지지 부재(30)에 작동 가능하게 연결된 서보 모터를 통해 하나 이상의 가이드 레일(31, 32, 33)을 따르는 y-축을 따라서 변위될 수 있다. 캐리어(25)는 z-축을 따라서 캐리지(24)에 대한 캐리어(25)의 변위를 위해 캐리지(24) 상에 지지된, 이격되고 수직으로 배치된 가이드 레일(35)의 세트에 장착될 수 있다. 캐리어(25)는, 캐리지(24)에 장착되고 캐리어(25)에 작동 가능하게 연결된 서보 모터를 통해 z-축을 따라서 변위될 수 있다. 수직 작업대(37)는 하나 이상의 컨베이어 벨트(38, 48)에 부착될 수 있다. 수직 작업대(37)는 수평 작업대(27)의 상단에 지지될 수 있고, 수직 작업대(37)에 연결되고 베드 프레임워크의 상단에 제공된 트랙에 작동적으로 연결된 하나 이상의 서보 모터에 의해 x-축을 따르는 레일(39 및 40)을 따라서 변위될 수 있다.
도 2에 가장 잘 도시된 바와 같이, 압출기(61)는 선형 이동 방식으로 캐리어(25)에 장착될 수 있다. 예시적인 구성에서, 압출기(61)는 한 세트의 레일(34, 35) 및 베어링(도 1)에 가동 가능하게 장착될 수 있다. 서보 모터(98)는 트랜지션 하우징(transition housing)(97)에 부착된 기어박스(99)를 통해 압출기(61)를 구동할 수 있다. 압출기(61)는 공급 하우징(44)에서 열가소성 펠릿을 수용하여서, 압출기 스크류는 열가소성 재료를 배럴(42)을 통해 아래로 전달하며, 배럴에서, 열가소성 재료는 스크류의 마찰과 히터(41)들에 의해 용융된다. 이러한 용융된 열가소성 재료는 압출기(61)를 통해 용적식 기어 펌프 또는 용융 펌프(62)(도 3)로 유동할 수 있다.
도 3에 가장 잘 도시된 바와 같이, 기어 펌프(62)는 캐리어(25)의 바닥에 단단히 장착될 수 있다. 기어 펌프(62)는 기어박스(64)를 통해 서보 모터(63)에 의해 구동될 수 있고, 압출기(61)(도 2)로부터 용융된 플라스틱(예를 들어, 열가소성 재료)을 수용하고, 정확한 양의 열가소성 재료를 계량하여 결정된 유속으로 노즐(51)로 보내 부품을 인쇄한다. 도포기 헤드(43)는 기어 펌프(62) 아래의 위치에 부착될 수 있다. 도포기 헤드(43)는 캐리어 브래킷(47)에 회전식으로 장착된 비드 성형 롤러(59)를 포함할 수 있다. 롤러(59)는 노즐(51) 밖으로 압출된 유체 재료(예를 들어, 용융된 열가소성)의 특대형 비드를 평탄 및 평평하게 하기 위한 수단을 제공할 수 있다. 캐리어 브래킷(47)은 풀리 또는 스프로킷(56) 및 벨트 또는 체인(65) 장치를 통해 서보 모터(60)에 의해 회전식으로 변위되도록 적응될 수 있다.
도 4를 참조하면, 도포 헤드(43)는 내부에 로터리 유니온이 장착된 하우징(46)을 포함할 수 있다. 풀리 또는 스프로킷(56)은 로터리 유니온의 내부 허브(76) 내로 가공될 수 있다. 내부 허브(76)는 가열된 프린트 노즐(51)이 통과하는 것을 가능하게 하도록 충분히 큰 직경을 가지는 개구를 가질 수 있다. 내부 허브(76)는 로터리 유니온의 외부 하우징(75) 내에 수용된 베어링(49)들의 세트 상에서 회전할 수 있다. 압축 롤러 조립체는 압축 롤러(59)가 프린트 노즐(51)을 중심으로 회전하도록 로터리 유니온의 내부 허브(76)에 부착될 수 있다. 로터리 유니온은 또한 로터리 유니온의 내부 허브(76)와 외부 하우징(75) 내부를 에워싸거나 둘러싸는 냉각제 통로(70)들 내로 포팅된 미늘 피팅(67, 68)들을 포함할 수 있다. 냉각제 통로(70)는 압축 롤러(59)의 축(73) 내로의 빠른 분리 피팅(72)으로 연장될 수 있다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 유동성 재료(예를 들어, 용융 열가소성 수지)의 특대형 용융 비드는 캐리어(25)(예를 들어, 기어 펌프(62)) 상에 배치된 소스 또는 다른 소스로부터 압력 하에 제공될 수 있다. 유동성 재료의 비드는 도포기 헤드(43)에 제공될 수 있다. 따라서, 기어 펌프(62)(또는 유동성 재료의 다른 소스)는 노즐(51)에 단단히 연결되어 노즐과 연통될 수 있다. 사용시에, 유동성 재료(53) (예를 들어, 열가소성 재료)는 표면(27) 상에 침착된 재료의 크고 균일하고 매끄러운 열(row)들을 형성하기 위해 도포기 노즐(51)을 통해 압출될 수 있는 대형의 용융 비드를 형성하도록 충분히 가열될 수 있다. 일부 양태에서, 표면(27)은 수평 연장 표면(예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이 x-y 평면에서 연장되는 표면)일 수 있다. 다른 양태에서, 수직 연장 표면(37)(예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이 Y-Z 평면에서 연장되는 표면)은 표면(27) 대신에 또는 이에 추가하여 사용될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 표면(27 및 37)들은 각각 유동성 재료(53)의 비드를 수용하는데 적합하다. 용융된 재료의 이러한 비드는 비드 성형 압축 롤러(59)에 의해 평탄해지고, 평평해지고 및/또는 인접한 층들에 융합될 수 있으며, 층들은 보트를 위한 플러그와 같은 3D 인쇄된 제품을 형성한다. 층들을 평탄하게 하고, 평평하게 하고, 및/또는 융합하게 하도록 롤러(59)를 사용하는 것은 인접한 층들 사이에 공기가 갇히는 것을 실질적으로 제거할 수 있다.
한 양태에서, 도 1 내지 도 4와 관련하여 설명된 적층 제조 장치는 도 5에 도시된 플러그(80)를 인쇄하기 위해 3D 인쇄 공정을 수행하도록 구성될 수 있다. 한 양태에서, 플러그(80)는 선체(81)와 갑판(82)를 모두 포함하는 일체형 부품으로서 형성될 수 있다. 플러그(80)는 선체(81)와 갑판(82)를 모두 포함하는 단일 부품을 형성하기 위해 후속적으로 함께 접합되는 복수의 부분을 인쇄하는 것에 의해 형성될 수 있다. 이들 개별 부분들은 임의의 적절한 방식으로 접착, 융합 또는 부착될 수 있다. 플러그(80)가 단일 연속 인쇄 공정 동안, 또는 복수의 개별적으로 인쇄된 부분을 접착 또는 접합하는 것에 의해 형성되든지에 관계없이, 플러그(80)는 도 5에 도시된 바와 같이 최종 보트의 형상에 대응하는 형상을 가질 수 있다. 플러그(80)는 노즐(51)이 수직으로 연장되는 수평 인쇄 공정 또는 노즐(51)이 수평으로 연장되는 수직 인쇄 공정과 같은 적층 제조 또는 3D 인쇄 공정에 의해 구성될 수 있다. 플러그(80)가 2개 이상의 개별 부분을 접합하는 것에 의해 형성될 때, 이들 부분의 각각은 수평 또는 수직 인쇄 공정에 의해 형성될 수 있다. 도 1 내지 도 4에 도시된 기계는 단일 연속 인쇄 작업 또는 복수의 개별 인쇄 작업으로 플러그(80)를 형성할 수 있다. 플러그(80)는 CNC 기계(1)를 이용하여 개별 인쇄 작업에 의해 제조된 2개 이상의 부분으로 플러그(80)를 형성하는 것에 의해 수평 작업대(27)의 길이보다 큰 길이 또는 높이를 가질 수 있다. 일부 양태에서, 플러그(80)는 적어도 하나의 제1 층이 선체 부분(81)의 일부를 형성하고 적어도 하나의 제2 층이 갑판 부분(82)의 일부를 형성하도록 3D 인쇄를 통해 구성될 수 있다. 이해되는 바와 같이, 플러그(80)의 선체(81) 및 갑판(82) 부분들의 각각은 플러그(80)의 일체형 본체를 형성하기 위해 융합될 수 있는 재료(53)의 복수의 층(도 3 참조)을 포함할 수 있다. 일단 형성되면, 플러그(80)는 CNC 기계를 사용하여 최종 크기 및 형상으로 가공될 수 있다. CNC 기계를 사용하면, 3D 인쇄 공정은 숙련된 장인의 수행에 덜 의존하는 반복 가능한 방식으로 수행될 수 있다. 일단 제조(인쇄, 가공 및/또는 필요한 경우 조립)되면, 플러그(80)는 하나 이상의 플로어 지지부(84)에 연결된 플러그 지지 프레임(83)에 장착될 수 있다. 플러그(80)가 하나 이상의 플로어 지지부(84)에 이렇게 연결될 때, 플러그(84)는 플로어 위에 매달릴 수 있다. 추가적으로, 플러그(80)가 (예를 들어, 축(88)을 중심으로) 회전되는 것을 플로어 지지부(84)들이 가능하게 하여서, 선체(81) 또는 갑판(82) 중 어느 하나는 위쪽을 향할 수 있다. 유리 섬유는 몰드를 형성하기 위해 플러그(80)(예를 들어, 선체(81)의 적어도 일부 및/또는 갑판(82)의 적어도 일부)에 도포될 수 있다. 플러그가 축(88)을 중심으로 선택적으로 회전할 수 있음에 따라서, 유리 섬유는 플러그(80)가 임의의 원하는 각도로 위치된 상태로 도포될 수 있어, 특정 상황 또는 몰드를 생성하기 위한 공정의 일부에 가장 적합한 선체(80)의 회전 위치의 선택을 가능하게 할 수 있다.
도 6a의 평면도 및 도 6b의 측면도에 도시된 바와 같이, 선체(81)는 위쪽을 향하도록 위치(제1 위치로 회전되어 고정)될 수 있다. 선체(81)가 위쪽을 향하도록 배치된 상태에서, 강화 섬유(예를 들어, 유리 섬유)를 포함하는 플라스틱과 같은 플라스틱은 인쇄된 플러그(80)로부터 선체(81)를 위한 몰드를 제조하도록 도포될 수 있다. 유사하게, 플러그(80)는 갑판(82)이 도 7a의 평면도 및 도 7b의 측면도에 도시된 바와 같이 위쪽으로 향하도록(제2 위치로 회전되도록) 회전될 수 있다. 갑판(82)이 위쪽을 향한 상태에서, 유리 섬유와 같은 플라스틱 재료는 갑판(82)을 위한 몰드를 제조하기 위해 도포될 수 있다. 플러그(80)의 선체(81) 및 갑판(82)은 유리 섬유 재료를 수용하기 위한 매끄럽거나 또는 마감된 표면(예를 들어, 폴리싱 및/또는 코팅된 표면)들이 형성되고, 이에 의해 선체(81) 또는 갑판(82)로부터 형성된 몰드를 가공할 필요성을 감소시키거나 제거한다. 이러한 방식으로, 단일 플러그(80)는 보트의 선체 및 갑판 모두를 위한 몰드를 제조하도록 사용될 수 있다. 추가적으로, 단일 보트 플러그(80)는 선체 및 갑판을 위한 2개 이상의 개별 보트 플러그보다 적은 플로어 공간을 요구할 수 있으며, 이는 플러그(80)와 관련된 비용을 줄일 수 있다. 또한, 선체 및 갑판 모두를 위해 단일의 보트 플러그(80)를 구성하는 것(예를 들어, 3D 인쇄에 의해)은 2개 이상의 개별 플러그를 준비하는 것보다 저렴하여, 플러그(80)와 관련된 비용을 더욱 절감할 수 있다. 또한, 양면 플러그(80)를 인쇄하기 위해 사용되는 재료(예를 들어, 열가소성 재료)는 목재, 발포체 등과 같은 재료보다 훨씬 더 내구성이 있을 수 있다. 그러므로, 플러그(80)는 종래의 재료로 만들어진 플러그에 비해 열화 없이 훨씬 더 많은 몰드를 생산하는데 사용될 수 있다. 3D 인쇄 공정 및 후속 가공은 종래의 접근 방식보다 더 빨라서, 플러그(80)를 만드는데 필요한 시간을 줄일 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 갑판(82)에서의 콘솔(85)과 같은 특징을 제공하는 것이 가능할 수 있다. 일부 양태에서, 대신에, 초기 인쇄 공정 동안 제조하는 것이 어려울 수 있는 특징과 같은 하나 이상의 특징을 플러그(80)와 별개로 제조하는 것이 바람직할 수 있다. 이러한 특징은 도 8에서 콘솔(85)로 표시되는 바와 같이 개별적으로 제조될 수 있고(예를 들어, 3D 인쇄과 같은 적층 제조 공정에 의해 또는 다른 공정에 의해), 후속적으로 원하는 모든 특징을 가진 갑판 플러그를 제조하기 위해 갑판(82)에 부착되거나 접착될 수 있다.
전술한 상세한 설명으로부터, 본 개시내용의 다수의 변경, 적응 및 수정이 본 개시내용이 속하는 기술 분야에서 당업자의 영역 내에 있다는 것이 자명할 것이다. 예를 들어, 본 개시내용의 양태는 임의의 형상 및 구성요소의 임의의 해양 선박 또는 보트를 제작하는데 사용될 수 있다. 또한, 본 개시내용은 다른 구성요소(예를 들어, 해양 물품 또는 구성요소, 자동차 부품, 의료 디바이스, 기계 구성요소, 소비재 등)를 제조하는데 사용되는 것으로 고려된다. 본 개시내용의 사상을 벗어나지 않는 모든 이러한 변형은 첨부된 청구범위에 의해 제한되는 본 개시내용의 범위 내에 있는 것으로 간주되도록 의도된다.
Claims (20)
- 적층 제조 방법으로서,
적층 제조 장치의 압출기에 재료를 제공하는 단계;
유동성 재료를 형성하기 위해 상기 재료를 가열하는 단계;
해양 물품을 위한 플러그의 선체 부분의 일부를 형성하도록 상기 적층 제조 장치의 노즐로부터 상기 유동성 재료의 제1 층을 침착하는 단계; 및
상기 해양 물품을 위한 플러그의 갑판 부분의 일부를 형성하도록 상기 적층 제조 장치의 노즐로부터 상기 유동성 재료의 제2 층을 침착하는 단계를 포함하는, 적층 제조 방법. - 제1항에 있어서, 상기 플러그는 상기 선체 부분 및 상기 갑판 부분을 포함하는 일체형 본체를 포함하는, 적층 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 플러그가 회전 가능하도록 적어도 하나의 지지부에 상기 플러그를 고정하는 단계를 추가로 포함하는, 적층 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 선체 부분이 위쪽으로 향하는 제1 위치로 상기 플러그를 회전시키는 단계; 및
상기 갑판 부분이 위쪽으로 향하는 제2 위치로 상기 플러그를 회전시키는 단계를 추가로 포함하는, 적층 제조 방법. - 제4항에 있어서, 몰드의 적어도 일부분을 형성하기 위해 상기 플러그가 상기 제1 위치 또는 제2 위치에 있는 동안 유리 섬유 재료를 도포하는 단계를 추가로 포함하는, 적층 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 층 또는 상기 제2 층 중 적어도 하나는 수평 연장 노즐에 의해 침착되는, 적층 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 선체 부분은 제1 방향으로 향한 마감된 표면을 포함하고, 상기 갑판 부분은 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 향한 마감된 표면을 포함하는, 적층 제조 방법.
- 해양 물품을 위한 몰드를 제조하는 시스템으로서,
열가소성 재료로 형성되는 플러그로서,
제1 방향으로 향한 선체 표면을 가지는 선체 부분; 및
상기 선체 부분과 일체로 형성되고, 제2 방향과 반대인 제1 방향으로 향하는 갑판 표면을 가지는 갑판 부분을 포함하고, 상기 선체 부분 및 상기 갑판 부분이 각각 열가소성 재료로 형성되는, 상기 플러그; 및
상기 플러그에 회전 가능하게 매달리도록 구성된 지지부를 포함하는, 시스템. - 제8항에 있어서, 상기 지지부는, 상기 갑판 표면이 위쪽으로 향한 제1 위치 및 상기 선체 표면이 위쪽으로 향한 제2 위치에서 상기 플러그가 회전 가능하도록 상기 플러그를 회전 가능하게 지지하는, 시스템.
- 제8항에 있어서, 상기 플러그를 형성하도록 열가소성 재료의 층들을 침착하도록 구성된 적층 제조 장치를 추가로 포함하는, 시스템.
- 제10항에 있어서, 상기 적층 제조 장치는 수직 작업대를 포함하는, 시스템.
- 제10항에 있어서, 상기 적층 제조 장치는 수평 연장 노즐을 포함하는, 시스템.
- 제10항에 있어서, 상기 플러그는 상기 적층 제조 장치에 의해 침착된 열가소성 재료의 층들에 의해 형성된 일체형 구조인, 시스템.
- 몰드를 제조하는 방법으로서,
적층 제조 장치의 압출기에 재료를 제공하는 단계;
유동성 재료를 형성하기 위해 상기 재료를 가열하는 단계;
선체 부분 및 갑판 부분을 포함하는 플러그를 형성하기 위해 노즐로부터 유동성 재료를 침착하는 단계;
상기 플러그의 선체 부분 및 갑판 부분 중 적어도 하나에 플라스틱 재료를 도포하는 단계; 및
상기 플라스틱 재료가 경화되는 것을 가능하게 하고 상기 플러그로부터 경화된 플라스틱 재료를 제거하는 것에 의해 몰드를 형성하는 단계를 포함하는, 방법. - 제14항에 있어서, 상기 플라스틱 재료는 강화 섬유를 포함하는, 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 플라스틱 재료를 도포하기 전에 상기 플러그를 가공하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 플라스틱 재료를 도포하는 동안 상기 플러그를 회전 가능하게 지지하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
- 제17항에 있어서, 상기 플라스틱 재료는 상기 플러그가 제1 위치에 있는 동안 상기 선체 부분에 도포되며, 상기 방법은 상기 플러그를 제2 위치로 회전시키는 단계, 및 상기 플러그가 제2 위치에 있는 동안 상기 플라스틱 재료를 상기 갑판 부분에 도포하는 단계를 포함하는, 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 몰드는 상기 플러그의 선체 부분 또는 갑판 부분 중 적어도 하나에 상기 플라스틱 재료를 도포하는 것에 의해 보트의 선체 부분 또는 갑판 부분 중 적어도 하나를 제조하도록 구성되는, 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 플라스틱 재료는 상기 선체 부분이 위쪽으로 향하고 상기 갑판 부분이 아래쪽을 향한 동안 상기 선체 부분에 도포되는, 방법.
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